Страницы: 1

Автор	Сообщение
Lares бывалый Группа: Участники Сообщений: 47	Добавлено: 21-10-2017 14:46
	Доброго всем времени суток! Неоднократно натыкался на форумах по поводу гауссостроения на такое понятие как «убегающая катушка». Принципиально, убегающая катушка – это набор катушек соединенных последовательно или параллельно к источнику питания. Добавление последующих катушек к цепи и удаление предшествующих катушек из этой цепи плавно перемещает максимум магнитной индукции такой «убегающей катушки». Сравним теперь достоинства и недостатки обычных катушек и убегающей катушки: 1) Недостатком убегающей катушки является тот факт, что между катушками ставить магнитопровод не целесообразно (одна катушка будет намагничивать магнитопровод в одну сторону, а другая в другую = в сумме ноль, хотя может я что-то не понимаю). Но у обычной катушки есть, как я полагаю, схожие проблемы: катушки нужно располагать на некотором расстоянии друг от друга, чтобы у каждой был свой отдельный магнитопровод, который бы не перемагничивался другой катушкой. 2) Недостатком обычной катушки является её «мертвое» пространство в котором пуля не ускоряется, летит по инерции (как написано на многих форумах, да и не только, ускорение происходит при прохождении пулей половины длины катушки, далее пуля начинает тормозиться, борются с этим путем удлинения пули и т.д., но зачем оно надо?). В отличие от обычной катушки, убегающая лишена этого недостатка. В такой катушке пуля пересекает центр только на выходе из ствола (когда катушке просто некуда убегать). Соответственно, если втягивающая сила катушки максимальна там где максимальная индукция магнитного поля (обычно это центр катушки), то можно перемещать центр катушки так, чтобы втягивающая сила была всегда близкой к максимуму (понятно что идеального случая не бывает и самый максимум не поймать, как ни старайся) 3) И обычную и убегающую катушку можно заключить во внешний магнитопровод (т.е. в трубу или обмазать смесью феромагнитный порошок + компаунд). По этому пункту эти катушки равнозначны. 4) В обычной катушке при прохождении через нее сердечника непрерывно меняется ее индуктивность. Соответственно если ток не достиг к этому времени своего максимального значения, то время нарастания тока увеличивается (за счет увеличения индуктивности и реактивного сопротивления). В убегающей катушке меняется индуктивность не всей катушки, а только её составных частей, через которые уже прошел или начал проходить сердечник. Если учесть что цепь на каждую секцию замыкается еще до прохождения через нее сердечника, то логично предположить, что ток в этой секции вырастет до максимального значения куда быстрее. После того как ток выйдет на номинальное значение, изменение индуктивности катушки, по идее, не должно влиять на протекание тока через катушку. На практике это должно означать повышение удельных характеристик катушки. 5) С другой стороны, изменение индуктивности в первых секциях катушки должно привести к смещению максимума магнитной индукции к началу катушки, с этой позиции не совсем ясно достоинство это или не достаток. Наверное подобный эффект стягивания линий магнитного поля к сердечнику наблюдается и у обычной катушки. 6) Напряжение на убегающей катушке равно сумме напряжений на катушках её составляющих. Т.е. если убегающая катушка состоит из 6 секций, на каждой напряжение 500 В, то это эквивалентно подключению 3 кВ к обычной катушке. Вряд ли кто-то захочет побаловаться мощным конденсатором на 3 кВ. С учетом ограничения электролитических до 600 В остаются пленочные и керамические, удельная емкость которых оставляет желать лучшего. 7) При прохождении половины обычной катушки ток обрывается во всей катушке разом. При прохождении через половину длины убегающей катушки ток отключается только в половине катушки (при этом включаются в работу другие катушки). Резюмируя можно сказать следующее: убегающая катушка практически лишена «мертвого времени» работы; может развивать большие токи и плотности мощности; для разгона требуется меньшая длина ствола (1,5 длины убегающей катушки работает как 2 обычных катушки, 2 длины убегающей катушки работает как 3 обычных катушки и т.д. стремится к соотношению 1:2, т.е. вдвое эффективнее использует длину ствола); не может быть полностью покрыта магнитопроводом; имеет определенные сложности с коммутацией большого числа катушек. В некоторых ветках форума встречал такую мысль: что чем больше индукция насыщения магнитопровода, тем лучше (нужен менее толстый слой магнитопровода), а большая индуктивность (если использовать ферриты в качестве магнитопровода) мешает развиваться току в катушке... и т.д. теперь обратимся к ссылке Там написано, что индукция внутри катушки растет с ростом относительной магнитной проницаемости сердечника (понятно, что сердечник значительнее всего влияет на индуктивность, а соответственно и на индукцию магнитного поля катушки). по аналогии магнитопровод также в некоторой степени влияет на индукцию внутри катушки (хоть и не на столько сильно как сердечник) Если кого-то смущает падение скорости увеличения тока при увеличении индуктивности можно увеличить толщину провода обмотки, тем самым уменьшатся активные потери на сопротивление проводника (уменьшение активного сопротивления при тех же значениях индукции по любому увеличит КПД), число витков, ну и соответственно индуктивность. Все с того же сайта в подтверждение формула: В=I*W*n0*n1/L, где I-ток в катушке, W-число витков, n0-магнитная постоянная, n1-относительная магнитная проницаемость, L-длина катушки. Кроме того, Википедия нам говорит что "при заданной силе тока индуктивность определяет энергию магнитного поля, создаваемого этим током" и дает формулу E=LI^2, где E-энергия магнитного поля, L - индуктивность, I - ток. Так же из Википедии известно, что частота контура зависит от индуктивности как обратный корень от индуктивности, т.о. сила втягивания будет одной и той же как в случае низкой индуктивности но большой скорости роста тока, так и в случае большой индуктивности и меньшего сопротивления обмотки катушки (попробовал доказать двумя способами, надеюсь получилось). Извиняюсь за школьный язык (на научном говоритm не научился и вряд ли научусь), но при прочих равных условиях, уменьшение активных потерь неминуемо должно повлечь увеличение КПД, ну а ЭДС самоиндукции в крайнем случае можно рекуперировать обратно в конденсаторы (если захотеть). Давно хочу реализовать этот принцип для обеспечения как можно большего КПД. Реализация планируется на микроконтроллере через мощные полевые транзисторы FCH76N60N (энергия одиночного импульса до 8 Дж, напряжение до 600 В). Пока что в моем распоряжении ардуино Nano, Uno (что по функциям почти одно и то же), NodMCU (отличие в герцовке: 80 МГц). Поочередное вкл/выкл четырех катушек на плате Arduino Nano минимально занимает 4 мкс (т.е. время и продолжительность включения катушки можно настроить достаточно точно, разумеется для относительно низких скоростей). Планируется, что убегающая катушка будет состоять из 6 тонких катушек. поочередное включение последующих и отключение предыдущих катушек будет перемещать виртуальную катушку вдоль ствола за пулей (я полагаю что тема стара как мир, но почему-то максимум что я находил это виртуальная катушка из двух частей). Планируемая толщина катушки 2,5 мм, внутренний диаметр 3,1..3.2 мм, внешний диаметр порядка 20 мм без каркаса, снаряд из игольчатого подшипника диаметр 3,0 мм, длина 15,5 мм (магнитная проницаемость меньше чем у гвоздей, зато остаточная намагниченность незначительна). Таким образом, при отключении/включении одной катушки центр виртуальной катушки будет перемешаться на 1,25 мм. При скорости 100 м/с 1,25 мм будет пройдена за 12,5 мкс - время, вполне достаточное для управления катушками через ардуино. Кроме того хочется применить метглас (относительная магнитная проницаемость в районе миллиона, а индукция насыщения порядка 0,5 Тл) в качестве магнитопровда и, возможно, в качестве материала снаряда. Сверху слева, снизу слева и снизу справа изображен стек из 5 бескаркасных тонких катушек, описанных мной выше. Сверху справа изображена одна секция убегающей катушки. Надеюсь это хоть кому-то будет интересно. P.S.: После того как выложил пост перечитал одну из веток форума, где товарищ Fox предлагает что-то очень похожее на написанное выше. Да простит меня товарищ Fox Лучше взять матричный коммутатор и запитать несколько секций параллельно. Секции необходимо намотать с перекрытием, причем так намотать, чтобы коэффициенты связи от одной до любой другой из запитанных секций были максимально равны друг другу, иначе произойдет вытеснение тока к крайним секциям, что приведет к выходу из строя коммутаторов при переключениях. Кстати такая намотка вполне возможна, правда не так просто. Матричный коммутатор позволит обеспечить 1000-4000 ступеней без бешенного количества IGBT, а маленький шаг ступеней (а следовательно и хороший коэффициент связи) обеспечит плавность продвижения волны и возможность перебрасывать неотработанную энергию в последующие ступени, плюс уменьшит время накачки "новых" ступеней, что позволит продвигать волну с хорошей скоростью. Управляться все должно от скорострельной ПЛИС, без всяких датчиков положения. Первый раз эта тема продвигалась мной лет 10 назад на этом форуме, повторно пару лет назад. Правда не получила интерес, но это дело каждого, у нас типа свобода выбора ))) Цитировать

Страницы: 1

Отвечать на темы могут только зарегистрированные пользователи